Влаштування дорожніх покриттів сучасної України
Короткий екскурс в історію та трохи асфальту сьогоднішнього дня
Влаштування дорожніх покриттів передбачає підготовку ґрунту, влаштування дренажу, створення градієнта пористості шарів, наявність кювет та цілий комплекс будівельних заходів для якісної сучасної автостради. Однак, значна частина знаменитої Апієвої дороги, яка будувалася за сотні років до н. е. продовжує служити і в наші дні, а наші «дороги життя», як то кажуть, є однією з бід Укаїни.
Асфальтобетонні суміші відповідно до ГОСТ 9128 - раціонально підібрані суміші мінеральних матеріалів (щебеню або гравію та піску з мінеральним порошком або без нього) з бітумом, взятих у певних співвідношеннях. Ці співвідношення виходять в результаті використання таблиць ГОСТу по зерновому складу і % бітуму і на підставі даних аналізу вхідних компонентів. На кожну партію сировинного компонента складається власна рецептура. ГОСТом регламентуються вимоги до матеріалів.
Що, наприклад, може статися з асфальтовим покриттям у разі недостатньої міцності до стиснення щебеню. Багато хто, напевно, бачив, як кришиться в пилюку щебінь при наїзді на нього вантажівки. Така подія всередині асфальтобетону призведе до утворення прогресуючого дефекту, що веде, зрештою, до руйнування полотна дороги. Довідково-технологічні матеріали стверджують навіть, що ознакою стійкості до зсуву є правильно підібраний зерновий склад. Рекомендується використання мінеральних матеріалів, що мають основний характер, кислі компоненти кислим бітумом не приймаються. Таким чином, пісок апріорі не може утворювати когезійно пов'язану структуру асфальтобетону.
Цікаво справи з найголовнішим компонентом — сполучним мінеральних складових — бітумом. УВідповідно до ГОСТ 22245 бітуми нафтові дорожні виготовляються ОКИСЛЕННЯМ різних нафтових продуктів. Логічно було б очікувати в ГОСТі перевірку цього самого окислення, глибину його, кількість поглиненого кисню і т.п., тим більше, що ГОСТом дозволяється виготовляти бітум КОМПАУНДУВАННЯМ окислених і неокислених продуктів, яке треба вважати якось контролювати (ну, як перекласти неокисленого компонента?). Ні, якість окисленого продукту перевіряють глибиною проникнення металевої голки із затупленим кінцем (запропоновано у 18 столітті французьким інженером Віка для цементу). Перевіряється ще температура розм'якшення (за температурою, за якої кулька провалиться через заповнене бітумом кільце). Комбінацією цих параметрів за наведеною в ГОСТ таблиці знаходиться ще один параметр - індекс пенетрації. Хтось думав, що його знаходять випробуваннями – помиляється! Наука дозволяє визначати властивості речовини "на кінчику пера". Температура крихкості визначається за формулою з індексу пенетрації (щоб не мерзнути, вимірюючи її на холоді)! І це ще не все.
І останній «цвях» у надію на добрі дороги. У довіднику дорожнього майстра за 2007 р. стверджується, що ущільнення асфальтобетонної суміші – основна технологічна операція, яка до того ж визначає фізико-хімічні властивості покриття. Недостатнє ущільнення – одна з основних причин його руйнування. Регламентується кількість проходів котків, температури, час розриву між нанесенням суміші на землю та укочуванням. Починаєте здогадуватись? А те, що асфальтове полотно під час дощу має бути вільним від потоку води — інакше коефіцієнт тертя стане недостатнім для автомашин, вирішується за неможливості зробити полотно опуклим і з двома кюветами з боків, укладанням пористого асфальту. Пористепокриття пропускає воду вниз, осушуючи поверхню.
За часів Аппія Клавдія Цека, стародавнього шляховика, виробник вапна (нею скріплювалися плити via Appia), який вирішив прискорити процес визрівання вапна в ямах, потрапляв до карних злочинців. Недотримання технології каралося смертю. Часи нині інші, але й дороги також. Зменшити вплив людського фактора може нанотехнологія. Досягти міцної структури зараз можна не тільки наповненням композиції щебенем, а зміною структури асфальтобетону.
Зараз відома модель Кельвіна-Фойгта структури матеріалу, що забезпечує, наприклад, куленепробивність кевлару кращу, ніж у сталі. Обкатування можна зробити надефективним. Після того, як Віка винайшов свою голку, багато чого відкривали і винаходили. А щоб зробити термодинамічну систему менш варіантною (зменшити кількість помилок) відповідно до правила фаз Гіббса необхідно серйозно зменшити кількість компонентів та параметрів визначальних стан системи.
Реопексний гумовий піскоасфальтобетон
Є композицією дорожнього бітуму, структурного протезу асфальтогенових кислот, піску і наномашини, що диригує цим ансамблем різнорідних речовин. Призначений для влаштування дорожнього одягу, ремонту асфальтобетонних покриттів, а також герметизуючого гідрофобного матеріалу в будівництві.
Розроблено декілька варіантів виготовлення асфальтобетонних сумішей. Гарячий та холодний. Холодний може бути виготовлений двох видів. З розчинником (1-1,5%) та на основі зворотної бітумної водної емульсії. Усі три різновиди по закінченню формування своєї структури порівнюються у показниках та відповідають вимогам ГОСТ 9128-97.
Виділяються техніко-експлуатаційні особливості:
• коефіцієнт внутрішнього тертя -0,83; • зчеплення при зсуві при 50 град.С - 0,45.
Цікаві термомеханічні особливості:
При наповненості 1100% (з урахуванням всієї органіки - 932%) еластичність при кімнатній температурі - 5 мм за ШГ-1, при -20 ° С - 50 мм. Виглядає ця особливість вражаюче: корж асфальту можна згорнути в трубочку як половик (і це при наповненості 1100%!) Гуми наповнюються сажею максимально до 150%, а в реопексному асфальті немає гуми в традиційному сенсі.
Еластичність асфальтобетону диктується особливостями його експлуатації - перепадами температур, механічними ексцесами в зимовий час (пробуксування автомашин, замерзання води в дефектах дорожнього одягу), гідродинамічними ексцесами навесні (підмив талими водами та зливовий вплив). Стирання еластичних матеріалів незрівнянно менше твердих матеріалів, тому асфальт повинен бути схожим на автошину. Еластичному покриттю не страшні зливові навантаження.
Еластичність, когезія та адгезія до основи забезпечуються в ідеалі асфальтогеновими кислотами. Тому раціоналізація асфальту почалася розробниками з підбору речовин, структурно схожих на асфальтогенові кислоти. Цей протез довелося розгортати із глобули (наночастка діаметром близько 10 нм) у спіраль. Цей процес здійснюється та контролюється ступінь його проходження наномашиною Пексамід. Пексамід — молекулярна конструкція зі ступенем свободи вибору дій 8 (відповідно до теорії про кількість комбінацій). Пексамід перетворює піщинки на покриті нанопухом (близько 5 нм) об'єкти. Ці об'єкти і забезпечують:
• по-перше, швидке утворення структури за один прохід навіть легкої ковзанки (як із пухкого снігу легко ліпиться «сніжок» за один стиск); • по-друге, забезпечується еластичність матеріалу (тепервже за рахунок колодця з коагуляційною структурою); • по-третє, реопексний асфальт при малих швидкостях зсуву ущільнюється, при великих – ллється (щоб такий асфальт розріджувався, автомашині треба їхати зі швидкістю понад 1000 км/год). Це дозволяє проводити рециклізацію покриття.